1) El documento describe las características y operación de varias familias lógicas TTL, incluyendo la serie estándar, serie de baja potencia, serie de alta velocidad y serie Schottky. 2) Explica conceptos como diodos fijadores de entrada, margen de ruido, capacidad de carga, retardo de propagación y disipación de potencia. 3) Proporciona una tabla comparativa de las características clave de diferentes series TTL como consumo de potencia, retardo de propagación y velocidad.

1. Capítulo 4:
Familia Lógica TTL
Ing. S. Ríos
FIEC - ESPOL

2. Operación circuital de una
puerta básica TTL estandar
Nand 7400
Q1 con Emisor múltiple.
Q3 y Q4 poste totémico.
Q2 seguidor de Q4.
C Q2 Q3 Q4
L sat corte sat
H corte sat corte

3. Diodos Fijadores de Entradas(Input
Clamping Diodes)
Los diodos actúan como “fijadores de nivel” de entrada para suprimir la
oscilación parásita que resulta de las rápidas transiciones de voltaje que se
producen en los sistemas TTL.
Por ejemplo, consideremos que el voltaje de salida de una puerta TTL cambie
de uno lógico a cero lógico. El conductor que conecta esta puerta con la otra
conduce esta señal. Si el conductor que actúa como una línea de transmisión no
esta terminado correctamente resulta una oscilación parásita (“ringing”).
Vout Vin
t t

4. Los diodos de entrada fijan el impulso negativo en aproximadamente -0.75v y
absorben una cantidad suficiente de energía de la señal aplicada para evitar un
gran sobreimpulso positivo que podría poner nuevamente en conducción a la
puerta.
Vout Vin
t t

5. Características de la Serie Estándar TTL
(54/74…)
La más importante ayuda para entender hojas de especificaciones de CI es
conocer todos lo términos y símbolos usados.
La columna nominal nos indica los mejores valores para el voltaje de fuente de
poder y temperatura de operación.
Las columnas Min y Max determinan el rango de variación recomendado.
Cuando estas condiciones no son respetadas, el dispositivo puede operar
erradamente.
VIH o Vin(1) .-Voltaje de entrada de nivel alto. Si cualquiera entrada o ambas
tienen aplicado el voltaje igual o mayor que 2v.
VIL o Vin(0) .-Voltaje de entrada de nivel bajo. Cualquier voltaje aplicado a la
entrada menor o igual que 0.8v.
IOH o Iout(1) .-Corriente de salida de nivel alto. No debe ser mayor que -0.4mA.

6. Datos del fabricante
IOL o Iout(0) .-Corriente de salida de nivel bajo. No debe ser mayor que 16mA.
VOH o Vout(1) .-Voltaje de salida de nivel alto. Cuando el voltaje de salida es
mayor o igual a 2.4v.
VOL o Vout(0) .-Voltaje de salida de nivel bajo. Cuando el voltaje de salida es
menor o igual a 0.4v.
IIH o Iin(1) .-Corriente de entrada de nivel alto. Cuando la entrada tiene el nivel de
voltaje Alto max corriente que circula en la entrada es 40uA.
IIL o Iin(0) .-Corriente de entrada de nivel bajo. La max corriente que puede
circular en la entrada es -1.6mA.
ICCH o ICC(1) .-Corriente de fuente de poder para salidas Altas.
ICCL o ICC(0) .- Corriente de fuente de poder para salidas Bajas.

7. Datos del fabricante.
tPLH o tpd(1).- Tiempo de retardo de propagación para la salida de Bajo a Alto.
tPHL o tpd(0).- Tiempo de retardo de propagación para la salida de Alto a Bajo.
IOS .- Corriente de Salida de cortocircuito. Esta corriente se mide con Vcc max y
una salida cortocircuitada a tierra cuando esta salida esta en estado Alto. Refleja
el max de corriente que puede manejar el circuito. Hay que tener en cuenta que
disipación de potencia en este caso es muy elevada, por lo tanto no debe
mantenerse por más que 1 segundo o el circuito puede sufrir un daño
permanente.
Vcc: Valor de voltaje de la fuente de alimentación de 5V.
Vcc max serie comercial: 5,25V
Vcc max serie militar: 5,5V
Vcc min serie comercial: 4,75V
Vcc min serie militar: 4,5V.

8. Margen de Ruido
En los sistemas lógicos la palabra “Ruido” significa cualquier voltaje (DC O AC) no
deseado que aparece a la entrada de un circuito lógico a causa de campos eléctricos
o magnéticos desviados.
CI1 CI2
Si dicho voltaje es suficientemente elevado, puede ocurrir que CI2 cambie de estado
sin que se haya cambiado el voltaje de salida de CI1.
Se define el margen de ruido de la siguiente manera:
VnH = VOH – VIH = 2.4v – 2.0v = 0.4v margen de ruido para estado Alto
VnL = VIL – VOL = 0.8v – 0.4v = 0.4v margen de ruido para estado Bajo

9. Capacidad de Carga(Fan - out)
En general se requiere que la salida de un circuito lógico maneje varias
entradas de otros circuitos lógicos.
Es el número max de entradas que una salida puede manejar confiablemente.
I out
Fan − out =
I in
Iout es la corriente de salida de CI1 y Iin es la corriente de entrada de CI2.
Ambas corrientes deben tomarse para el mismo estado lógico.
Para la serie básica de TTL 54/74 el Fan – out es igual a 10.

10. Consideremos el caso en que una salida de CI1 en estado Bajo esta conectada a
varias entradas de otros CI.
+Vcc
R3
R2
T3
IIL R1
D IOL
T1
R1
IIL T1
T4 VOL R1
IIL T1

11. T4 esta conduciendo y actúa como sumidero de corriente para todas las
corrientes de entrada de otros CI.
Aun cuando T4 está saturado, su resistencia es algún valor diferente de cero, así
que la corriente IOL produce una caída de voltaje de salida VOL.
El valor de VOL no debe exceder 0.4v para CI TTL serie 54/74.
Esto limita el valor de IOL y así el número de entradas que pueden ser
manejadas.

12. La situación en estado alto es la siguiente: T3 actúa como seguidor de emisor y
está suministrando corriente a cada entrada de otros CI
+Vcc
R3
R2
T3
IIH R1
D IOH
T1
R1
IIH T1
T4 VOH R1
IIH T1

13. Estas corrientes IIH son corrientes de escape de polarización inversa, puesto que
las uniones base-emisor de las entradas de CI están polarizados inversamente.
Si se manejan demasiado entradas la corriente de salida IOH puede llegar a ser
demasiado grande, causando mayores caídas de voltaje a través de R2, T3 y D
bajando VOH debajo del mínimo voltaje permisible de 2.4v para CI TTL 54/74.

14. Tiempo de Retardo de
Propagación(Propagation Delay)
Existe un intervalo entre la aplicación de una señal a la entrada y el cambio de
estado a la salida que se conoce con el nombre de retardo de propagación de
circuito.
In Out In Out
Vin Vin
Vout Vout
tPHL tPLH tPLH tPHL

15. Disipación de Potencia(Power Dissipation)
A veces se da directamente como la disipación promedia de potencia PD.
A menudo en las hojas de datos, la disipación de potencia es directamente
especificada en términos del drenaje de corriente desde la fuente Vcc para CI.
Esta corriente se simboliza como Icc. Cuando se conoce es valor de Icc la
potencia tomada de suministro se obtiene simplemente multiplicando Icc por el
voltaje de Vcc.
Para muchos CI valor de la corriente Icc será diferente para los dos estados
lógicos. En tales casos los valores de Icc se especifican: ICCH y ICCL.
Por ejm. CI 7400 ICCHmax= 8mA y ICCLmax= 22mA
PDHmax = ICCHmax * VCCmax = 8mA * 5.25v = 42mW
PDLmax = ICCLmax * VCCmax = 22mA * 5.25v = 115mW

16. Descripción de otras series
TTL
NATIONAL fabrica los CI de serie TTL estándar, 74L,74S,74LS,74AS,74LS;
MOTOROLA fabrica series TTL estándar, 74LS, 74ALS,74P.
Serie 74L (TTL de Baja potencia)
Circuito parecido al Standard
R I P tpd Vel
Serie 74H (TTL de Alta velocidad)
R I P tpd V
CI de la serie 74H tienen el mismo circuito básico que la serie 54/74 excepto
que valores de resistencias son menores y el transistor seguidor de emisor T3 y
diodo D3 se remplazan por los transistores T5 y T3 en montaje par Darlington.

17. R2 R4
R4 58
130 760
T3 T5
R5 4k
D3 T3
Out Out
T4 T4
Estas diferencias resultan en una velocidad de conmutación mucho más rápida con
un retardo de propagación de 6nseg.
Sin embargo, la velocidad aumentada se logra a expensas de una disipación de
potencia mayor.

18. Serie 74S (TTL Schottky)
La serie 74S tiene alta velocidad de conmutación, pero consume más potencia
que la serie estándar 54/74.
La conmutación de saturación a corte previamente requiere la eliminación de los
portadores (electrones en este caso) acumulados en la base del transistor T2.
Si se logra la eliminación rápida de los portadores acumulados, o si se disminuye
su cantidad, se puede obtener un circuito de mayor velocidad de conmutación
que los TTL estándar.
El circuito básico de la serie 74S es parecido al de la serie 74H. Pero todos los
Transistores(excepto T3). tienen un diodo Schottky conectado en paralelo con la
unión base-colector.

19. Puesto que la serie tiene la potencia de disipación casi de la serie 74H mientras
que opera a mayor velocidad, es ampliamente usada en aplicaciones donde la
velocidad es un factor crítico.

20. Serie 74LS(TTL de Baja potencia Schottky)
La serie 74LS presenta una característica de velocidad similar a la serie estándar
pero con un menor consumo de potencia.
La otra ventaja de la serie 74LS es la característica de transferencia más
simétrica. Esto se hace posible gracias a incorporación del transistor T6.
Transistor T2 por lo tanto, no puede conducir mientras no conduce T6. Pero en
el momento que se encienden T2 y T6 también se encenderá el transistor T4
por que la caída de voltaje en la resistencia de 3.5K plus el voltaje entre
colector-emisor de T6 es suficiente para que conduce T4.
Prácticamente, los tres transistores se encienden al mismo tiempo, lo que hace
que característica de transición de la serie 74LS vuelve más abrupta y se
aumenta el voltaje de umbral.

21. +Vcc
R1 R2 R4
D1
18K 7.6K 110
A
T5
D3
B T3
R5 5k
D2 T2
Out
D4
R3 15k
T4
2.8k 3.5k
T6

22. Serie 74ALS (TTL de Baja potencia Schottky avanzada)
Serie 74ALS es una de las series más recientes. La aparición de esta serie se ha
hecho posible gracias a nuevos procesos de fabricación de los circuitos
integrados. Circuito básico de la serie 74ALS es similar a la serie 74LS, excepto
algunos modificaciones en las entradas del circuito. A causa de estas
modificaciones se reduce la corriente de entrada IIL y se aumenta el voltaje de
umbral hasta aproximadamente 1.5v.
La nueva técnica de fabricación de los CI hace la serie 74ALS más sensible a la
carga electrostática, por lo tanto en esta serie las salidas también como
entradas estan protegidos por los diodos fijadores.
Serie 74AS (TTL Schottky avanzada)
Serie 74AS fue diseñada para satisfacer nuevas necesidades de los diseñadores
de Sistemas Digitales en grandes velocidades.

23. Gracias a la nueva tecnología de fabricación y a los diodos Schottky la serie
74AS es actualmente la serie más rápida en la tecnología bipolar.
Para seleccionar la serie apropiada para un determinado diseño hay que tomar
en cuenta dos factores más importantes: la velocidad de conmutación y la
potencia de disipación.
A continuación observamos la comparación de velocidad y potencia de
disipación de las series anteriormente mencionadas.
AS – F – S – ALS – H – LS – TTL estándar - L
Más rápida Más lenta-
L – ALS – LS – F – AS – TTL estándar – S - H
Bajo consumo de Potencia Alto consumo de Potencia

24. Tabla de comparación
Tabla de comparación de características de varias series de familia lógica TTL.
Family 74 74L 74H 74S 74LS
Power consumption 10 1 22 20 2
Per gate (mw)
Typical propagation 9 33 6 3 9
Delay (ns)

25. Algunas otras propiedades de los CI
TTL
Entradas no conectadas
Frecuentemente todas las entradas de un CI TTL no se usan en una aplicación
particular.
Por ejemplo, suponga que nosotros necesitamos la operación lógica AB.L. y
estamos usando un Chip 7410 que tiene tres puertas NAND de tres entradas.
Las maneras posibles de lograr esto es la siguiente.
A.H A.H A.H
B.H AB.L B.H AB.L AB.L
B.H
1k
Vcc

26. a. Cuando la entrada sin usar se deja desconectada, ella actúa como un uno
lógico.
b. A veces se recomienda conectar las entradas que no se utilicen a la fuente
Vcc (+5v) a través de un resistor de 1K.
c. En la tercera puerta nand la entrada sin uso se conecta a una entrada que
se empleo.
Para las puertas lógicas OR y NOR las entradas no usadas no pueden dejarse
desconectadas o unidas a Vcc, puesto que esto produciría un nivel lógico
constante de salida sin importar las otras entradas.
En lugar de ello, para estas puertas las entradas no usadas deben ser
conectadas a GND(0v) o pueden conectarse a una entrada que se use como
sigue

27. Las puertas lógicas con las salidas en
colector abierto (open-collector)
A continuación observamos dos configuraciones que realizan las mismas operaciones
lógicas. En el primer circuito la operación AND se ejecuta uniendo simplemente las
salidas.
AB.H
AB.H
CD.H
EF.H
X = AB ⋅ CD ⋅ EF .H

28. El arreglo del segundo circuito tiene dos ventajas sobre el arreglo del primer
circuito:
Requiere menos puertas y produce menor retardo de propagación desde la
entrada a la salida.
La configuración del segundo circuito tiene nombre AND-alambrado
(Wires-AND) por que produce la operación AND conectando los alambres de
salida juntos.
Para poder realizar operación AND-alambrado algunos CI TTL se diseñan con
las salidas en colector abierto.
R1 R2
T1 Rpull-up
T2
T4
R3

29. El valor de la resistencia pull-up se elijen entre Rmax y Rmin.
Rmax es el máximo valor de resistencias pull-up que permite mantener
VOH = 2.4v cuando todas las salidas unidas en AND-alambrado están en el
estado Alto.
Vccmin − VOH
R max = , donde
n1* I OH + n 2 * I IH
n1- número de salidas unidad en AND-alambrado
n2- número de entradas conectadas a la unión AND-alambrado
IOH – corriente de fuga de una salida en colector abierto en el estado Alto

30. Rmin es el mínimo valor de resistencias pull-up que garantiza que el fan-out no será
excedido cuando solo una de las salidas unidas en AND-alambrado está en el estado
Bajo.
Vccmax − VOL
R min = , donde
I OL − n 2 * I IL
IIL-corriente de entrada de estado Bajo

31. TTL de triple estado
Los CI de triple estado tienen un tercer estado estable de salida que es una
condición de alta impedancia (dos transistores de salida Q3 y Q4 ambos están
en corte) lo cual permite a un gran número de los CI TTL comunicarse
confiabilidad entre si por medio de Bus común.
Control Out
A.H 0 NAND
Out.L
1 Q3 y Q4 en corte
B.H
Control